WO2007033656A2 - Mit oberflächenwellen arbeitender wandler - Google Patents

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WO2007033656A2
WO2007033656A2 PCT/DE2006/001661 DE2006001661W WO2007033656A2 WO 2007033656 A2 WO2007033656 A2 WO 2007033656A2 DE 2006001661 W DE2006001661 W DE 2006001661W WO 2007033656 A2 WO2007033656 A2 WO 2007033656A2
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fingers
finger
cells
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Andreas Bergmann
Thomas Ebner
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Epcos Ag
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    • H03H9/64—Filters using surface acoustic waves
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    • H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
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    • H03H9/14502—Surface acoustic wave [SAW] transducers for a particular purpose
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    • H—ELECTRICITY
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    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02818—Means for compensation or elimination of undesirable effects
    • H03H9/02858—Means for compensation or elimination of undesirable effects of wave front distortion

Definitions

  • An object to be solved is to suppress unwanted peaks in the stop band of the transfer function of a SPUDT filter.
  • the acoustic behavior of an electroacoustic transducer can be characterized (locally in the longitudinal direction) by weighting functions (excitation function or reflection function).
  • the weighting functions depend on the longitudinal dimension and describe the distribution of the excitation or reflection strength in the transducer.
  • the weighting functions of a transducer can be determined on the basis of the given electrical filter properties. From the calculated weighting function, one can infer the required connection sequence and configuration of the electrode fingers.
  • An excitation center is located between two adjacent differently poled fingers. Two adjacent differently polarized fingers thus form a stimulating pair of fingers. One and the same finger is associated with two different stimulating pairs of fingers in an alternating sequence of cold and hot fingers, since it faces both sides of the differently polarized fingers.
  • a stimulating pair of fingers can also be formed by terminal, adjacent fingers of a group of hot fingers and a group of cold fingers.
  • Two suggestions with different signs can - based on the center frequency of the filter - z. B. by half a wavelength and two excitations with the same sign by a whole wavelength apart.
  • the phase difference between the reflection centers and the excitation centers is preferably about 45 ° or -45 °.
  • the excitation and reflection centers thus usually follow a grid, but may in principle deviate from it.
  • a weighting weighting is used.
  • a weighted-out weighting is the approximation of continuous weighting functions by the weights of discrete cells. Ie.
  • the continuous distribution of excitation and reflection is approximated by a density distribution of excitatory and reflective cells, so that the integral of excitation and reflection function changes as little as possible.
  • a surface wave transducer which comprises transducer cells having electrode fingers and whose length is substantially one wavelength ⁇ at the center frequency of the transducer. At least in one Range of the transducer that is ⁇ long, at least four excitation centers are provided.
  • the converter is preferably a SPUDT converter, that is to say a converter in which an acoustic wave at the center frequency is preferably emitted in one direction.
  • the converter cells preferably comprise at least one cell of the first cell type, which has at least four excitation centers.
  • the cell of the first cell type is preferably a SPUDT cell.
  • the converter cells also comprise, in an advantageous variant, the cells of a second cell type, which are SPUDT cells and have an excitation intensity of 100%.
  • the excitation centers of the cell of the first cell type are distributed in this variant such that the excitation intensity of the cell of the first cell type is at most 30%.
  • the unit cell is a minimum unit in which a directed displacement of the acoustic wave of the given wavelength is achieved by a corresponding displacement between excitation and reflection centers.
  • a relatively small but nonzero excitation intensity in a cell is advantageous in implementing a (continuous) small sidelobe excitation function into a transducer geometry.
  • a surface acoustic wave transducer or SAW transducer typically includes two comb-like electrodes that have interdigitated electrode fingers. This structure is arranged on a piezoelectric substrate and serves for electroacoustic Conversion of a (high-frequency) electrical signal into an acoustic wave and vice versa.
  • each electrode finger reflect part of the incident acoustic wave in the reverse direction. It is assumed that the reflection is located at a point (reflection center) at which the reflection coefficients of waves traveling in opposite directions are equal to or purely imaginary. On most piezoelectric substrates, which have symmetrical non-directional properties with respect to reflection, this is the center of the finger.
  • the cell of the second cell type is a SPUDT cell, in which the phase difference between a reflection center and an excitation center is preferably 45 ° or -45 °, depending on the preferred direction of the wave radiation.
  • the SPUDT cells each serve for a directed radiation of the acoustic wave in a preferred direction.
  • the directional radiation comes about through the constructive superposition of the excited and the reflected wave in one direction or destructive superposition of the excited and the reflected wave in the opposite direction.
  • the number and the position of the excitation centers are preferably selected so that each cell counteracts in-phase excitations except for a residual amount whose strength is at most 30% of the excitation intensity of the SPUDT cells.
  • the finger width and the distance between the fingers be chosen so that each cell cancel out of phase excitations to the remainder.
  • at least two arrays of hot fingers with at least one hot finger per array may be provided.
  • Each array of hot fingers associated with the cell of the first cell type is arranged between two arrays of cold fingers with at least one cold finger per array. These can be the cold fingers of the same cell. Alternatively, one cold finger may be associated with the same cell and one cold finger with the adjacent cell.
  • hot fingers follow each other.
  • cold fingers follow each other. Two cold or hot fingers together can form a cold or hot split finger.
  • a cell of the first cell type preferably comprises at least four stimulating finger pairs.
  • an excitation center is arranged at the border of the cell of the first cell type to a neighboring cell or belongs to the neighboring cell.
  • a first finger of the stimulating finger pair belongs to the cell of the first cell type and a second finger of this finger pair belongs to the neighboring cell.
  • the neighboring cell can z. B. be a cell of the first or second cell type.
  • first and second finger groups are provided in the converter.
  • the first finger groups each comprise at least one cold finger and the second finger groups at least one hot finger, or vice versa.
  • the finger groups can also each comprise a plurality of successive fingers connected to the same collecting electrode.
  • the fingers of a first finger group are on a first collecting electrode and the fingers of a second group of fingers connected to a second collecting electrode of the converter.
  • the multi-consecutive finger design may be advantageous for setting a desired reflectivity.
  • a cell of the first cell type has at least two first finger groups and at least one second finger group arranged between two first finger groups of this cell.
  • Each first finger group can be arranged between two second finger groups of the same cell.
  • a first finger group of this cell may alternatively be arranged between a second finger group of the same cell and a second finger group of a neighboring cell.
  • the cell of the first cell type is formed by a sequence of five fingers of substantially equal width and equidistantly arranged fingers, which are alternately connected to the differently poled busbars.
  • the distance between two adjacent fingers of the cell of the first cell type is preferably equal to the finger width.
  • the phase of the total excitation in the cell of the first cell type may be substantially the same as that in a split finger cell, which is preferably the case for all cells of the first cell type or for all the transducer cells, then in all cells reaches the same phase of the wave to be excited becomes.
  • the amount of total excitation in the cell of the first cell type is at most 30% of the excitation strength of the split finger cell.
  • a split-finger cell is understood to be an ideal cell of length ⁇ , in which each finger is arranged between a finger with the same potential and a finger with opposite potential.
  • an acoustic wave is excitable, the nodes of which lie in the middle between the adjacent, lying on the same potential fingers.
  • the split finger cell is z.
  • a cell of length ⁇ are provided in the four equal width fingers of the width ⁇ / 8. The fingers of such a cell are arranged equidistantly.
  • the SPUDT converter may have at least one split finger cell.
  • the cell of the first cell type may be a cell that excites and reflects the acoustic wave, the phase difference between an excitation center and a center of reflection as in the cells of the second cell type - d. H. essentially 45 ° or -45 ° - is.
  • the phase difference between a reflection center and an excitation center in the cell of the first cell type is in an advantageous variant 45 ° or -45 °.
  • the location of the centers of reflection may be selected by adjusting finger widths and pitches in the cell of the first cell type such that the sum of the reflectance contributions in that cell is substantially zero.
  • the cell of the first cell type can thus be a cell that excites the acoustic wave but does not reflect it. The latter is due to the fact that the waves reflected on different fingers of the cell of the first cell type cancel out within this cell.
  • a SPUDT converter In a SPUDT converter, a plurality of cells of the first cell type with different properties explained above or with different excitation strengths may be provided.
  • the specified converter will now be explained with reference to schematic and not to scale figures. Show it:
  • FIG. 1 shows a cell of the first cell type with five electrode fingers, which has a very low excitation intensity
  • FIGS. 2, 3 each show a further cell of the first cell type, which has 20% of the excitation power of a split-finger cell, whereby a directional radiation of the shaft is achieved;
  • FIGS. 4, 5, 6 each show a further cell of the first cell type, which has 20% of the excitation intensity, the reflection contributions canceling out;
  • FIG. 7 shows the continuous excitation and the reflection function of a SPUDT converter
  • FIG. 1 shows a detail of a SPUDT converter in the region of the cell Z 2 of the first cell type with a sequence of five fingers of equal width, which are alternately connected to the first electrode 100 and the second electrode 200.
  • the fingers 101, 102 are connected to the first electrode 100 and the fingers 201-205 to the second electrode 200.
  • the electrode 100 is “hot” and the electrode 200 is “cold”.
  • the hot and cold electrodes can be interchanged.
  • An excitation center is arranged between two adjacent, oppositely poled fingers.
  • An excitation center where the acoustic wave is locally excited, is indicated by an arrow, the direction of the arrow indicating the sign of the local excitation.
  • the distance between two fingers 202 and 101, 101 and 203, 203 and 102, 102 and 204 may be substantially equal to the finger width.
  • two identically sized excitations are coupled into the acoustic wave almost in opposite phase, so that the sum of the excitation contributions in the cell Z2 results in an excitation intensity of almost zero.
  • the finger widths can be changed in a variant, wherein an arbitrarily low excitation strength of the cell Z2 is adjustable.
  • Figures 2 to 6 show different cells of the first cell type, the amount of each 20% of the excitation strength of a split finger cell and the same phase of the excitation as the split finger cell have.
  • the finger widths and spacings in the cells were optimized for LiNbO 3 127.86 ° YX as a piezoelectric substrate.
  • the finger widths and spacings in the cell of the first cell type are selected in the examples according to FIGS. 2 and 3 such that a reflection center is shifted by + 45 ° or -45 ° with respect to an excitation center, with a maximum emission of the acoustic wave with the wavelength ⁇ to the right or left results.
  • four fingers with mutually different widths are provided per cell Z2, the distances between the adjacent fingers 101 and 202, 202 and 102, 102 and 203 being different.
  • the fingers 203a and 203b in Figure 6 form an array of successive fingers corresponding to the wide finger 203 in Figure 5.
  • the finger widths and distances in the cell of the first cell type are selected in the examples according to FIGS. 4, 5 and 6 such that the sum of all reflection contributions in this cell is equal to zero.
  • FIG. 7 shows a continuous excitation function (top) and a continuous reflection function (bottom) of a SPUDT converter.
  • these functions must be scanned as accurately as possible by weighting the excitation intensity of individual cells.
  • the cells Z2 of the first cell type are helpful for this purpose.
  • the SPUDT cells may be any cells with the radiation of the acoustic wave in a preferred direction. In a transducer, different SPUDT cells may be different from each other.

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  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

Es wird ein mit Oberflächenwellen arbeitender Wandler angegeben, der aufgeteilt ist in Zellen, deren Länge im Wesentlichen eine Wellenlänge beträgt, umfassend Zellen des zweiten Zelltyps, die SPUDT-Zellen sind und eine Anregungsstärke von 100% aufweisen, und mindestens eine Zelle (Z2) des ersten Zelltyps, die mindestens vier Anregungs-Zentren (Pfeil) aufweist, wobei ein Anregungszentrum zwischen zwei benachbarten, unterschiedlich gepolten Fingern liegt (101, 202, 102, 203) , und wobei die Zelle des ersten Zelltyps eine Anregungsstärke von maximal 30% aufweist.

Description

Beschreibung
Mit Oberflächenwellen arbeitender Wandler
Aus der Druckschrift US 2003/0057805 Al sind SPUDT-Filter (SPUDT = Single Phase Unidirectional Transducer) bekannt, die sich dadurch auszeichnen, dass ihre Zellen - SPUDT-Zellen - jeweils zur gerichteten Abstrahlung der akustischen Welle ausgebildet sind.
Eine zu lösende Aufgabe ist es, unerwünschte Peaks im Sperrbereich der Übertragungsfunktion eines SPUDT-Filters zu unterdrücken.
Das akustische Verhalten eines elektroakustischen Wandlers kann (lokal in longitudinaler Richtung) durch Wichtungsfunktionen (Anregungsfunktion bzw. Reflexionsfunktion) charakterisiert werden. Die Wichtungsfunktionen hängen von der longi- tudinalen Koordinate ab und beschreiben die Verteilung der Anregungs- bzw. Reflexionsstärke im Wandler. Die Wichtungsfunktionen eines Wandlers können aufgrund der vorgegebenen elektrischen Filtereigenschaften bestimmt werden. Aus der errechneten Wichtungsfunktion kann man auf die erforderliche Anschlussfolge und Ausgestaltung der Elektrodenfinger schließen.
Ein Anregungszentrum befindet sich zwischen zwei benachbarten unterschiedlich gepolten Fingern. Zwei benachbarte unterschiedlich gepolte Finger bilden also ein anregendes Fingerpaar. Ein und derselbe Finger ist bei einer abwechselnden Reihenfolge kalter und heißer Finger zwei verschiedenen anregenden Fingerpaaren zugeordnet, da er beiderseits den anders gepolten Fingern gewandt ist. Ein anregendes Fingerpaar kann auch durch endständige, zueinander benachbarte Finger einer Gruppe heißer Finger und einer Gruppe kalter Finger gebildet sein .
Zwei Anregungen mit unterschiedlichen Vorzeichen können - bezogen auf die Mittenfrequenz des Filters - z. B. um eine halbe Wellenlänge und zwei Anregungen mit den gleichen Vorzeichen um eine ganze Wellenlänge voneinander beabstandet sein. Der Phasenunterschied zwischen den Reflexionszentren und den Anregungszentren beträgt vorzugsweise ca. 45° oder -45°. Die Anregungs- und Reflexionszentren folgen also in der Regel einem Raster, können aber im Prinzip von diesem abweichen.
Zur Realisierung einer Wandlergeometrie, deren Frequenzverhalten derjenigen eines Wandlers mit kontinuierlichen Wichtungsfunktionen für Anregung und Reflexion entspricht, wird eine Weglasswichtung verwendet. Unter einer Weglasswichtung versteht man die Annäherung kontinuierlicher Wichtungsfunktionen durch die Gewichte diskreter Zellen. D. h. die kontinuierliche Verteilung von Anregung und Reflexion wird durch eine Dichteverteilung von anregenden und reflektierenden Zellen so angenähert, dass das Integral von Anregungs- und Reflexionsfunktion sich möglichst wenig ändert. Um in der Weglasswichtung auch kleine Nebenkeulen in der Anregungsfunktion - insbesondere solche deren integrale Anregung kleiner als die Maximalanregung einer Zelle ist - wiedergeben zu können, ist es hilfreich, Zellen zu verwenden, deren Anregungsstärke deutlich unter der Maximalanregung liegt.
Es wird ein mit Oberflächenwellen arbeitender Wandler angegeben, der Wandlerzellen umfasst, die Elektrodenfinger aufweisen und deren Länge im Wesentlichen eine Wellenlänge λ bei der Mittenfrequenz des Wandlers beträgt. Zumindest in einem Bereich des Wandlers, der λ lang ist, sind mindestens vier Anregungszentren vorgesehen.
Der Wandler ist vorzugsweise ein SPUDT Wandler, also ein Wandler, in dem eine akustische Welle bei der Mittenfrequenz bevorzugt in eine Richtung abgestrahlt wird.
Die Wandlerzellen umfassen vorzugsweise mindestens eine Zelle des ersten Zelltyps, die mindestens vier Anregungszentren aufweist. Die Zelle des ersten Zelltyps ist vorzugsweise eine SPUDT-Zelle.
Die Wandlerzellen umfassen in einer vorteilhaften Variante außerdem die Zellen eines zweiten Zelltyps, die SPUDT-Zellen sind und eine Anregungsstärke von 100% aufweisen. Die Anregungszentren der Zelle des ersten Zelltyps sind in dieser Variante derart verteilt, dass die Anregungsstärke der Zelle des ersten Zelltyps maximal 30% beträgt.
Die Elementarzelle ist eine Mindesteinheit, in der durch eine entsprechende Verschiebung zwischen Anregungs- und Reflexionszentren eine gerichtete Abstrahlung der akustischen Welle von der gegebenen Wellenlänge erzielt wird. Eine relativ kleine, aber von Null unterschiedliche Anregungsstärke in einer Zelle ist von Vorteil bei der Implementierung einer (kontinuierlichen) Anregungsfunktion mit kleinen Nebenkeulen in eine Wandlergeometrie.
Ein mit Oberflächenwellen arbeitender Wandler oder SAW- Wandler (SAW = Surface Acoustic Wave) umfasst in der Regel zwei kammartige Elektroden, die ineinander greifende Elektrodenfinger aufweisen. Diese Struktur ist auf einem piezoelektrischen Substrat angeordnet und dient zur elektroakustischen Umwandlung eines (hochfrequenten) elektrischen Signals in eine akustische Welle und umgekehrt.
Durch elektrische und mechanische Unstetigkeiten wird an jedem Elektrodenfinger ein Teil der einfallenden akustischen Welle in Rückwärtsrichtung reflektiert. Es wird angenommen, dass die Reflexion an einem Punkt (Reflexionszentrum) lokalisiert ist, an dem die Reflexionskoeffizienten von in entgegengesetzten Richtungen laufenden Wellen gleich bzw. rein imaginär sind. Auf den meisten piezoelektrischen Substraten, die im Hinblick auf Reflexion symmetrische richtungsunabhängige Eigenschaften aufweisen, ist dies die Mitte des Fingers.
Die Zelle des zweiten Zelltyps ist eine SPUDT-Zelle, in der vorzugsweise der Phasenunterschied zwischen einem Reflexionszentrum und einem Anregungszentrum je nach Vorzugsrichtung der Wellenabstrahlung 45° oder -45° beträgt. Die SPUDT-Zellen dienen jeweils zu einer gerichteten Abstrahlung der akustischen Welle in eine Vorzugsrichtung. Die gerichtete Abstrahlung kommt durch die konstruktive Überlagerung der angeregten und der reflektierten Welle in eine Richtung bzw. destruktive Überlagerung der angeregten und der reflektierten Welle in die entgegengesetzte Richtung zustande.
In der Zelle des ersten Zelltyps sind die Anzahl und die Lage der Anregungszentren vorzugsweise so gewählt, dass sich pro Zelle gegenphasige Anregungen bis auf einen Restbetrag, dessen Stärke maximal 30% der Anregungsstärke der SPUDT-Zellen ist, aufheben. In der Zelle des ersten Zelltyps können z. B. die Fingeranzahl, die Fingerbreite und der Abstand zwischen den Fingern so gewählt sein, dass sich pro Zelle gegenphasige Anregungen bis auf den genannten Restbetrag aufheben. In der Zelle des ersten Zelltyps können mindestens zwei Anordnungen von heißen Fingern mit mindestens einem heißen Finger pro Anordnung vorgesehen sein. Jede der Zelle des ersten Zelltyps zugeordnete Anordnung von heißen Fingern ist zwischen zwei Anordnungen von kalten Fingern mit mindestens einem kalten Finger pro Anordnung angeordnet. Dies können die kalten Finger derselben Zelle sein. Alternativ kann ein kalter Finger derselben Zelle und ein kalter Finger der benachbarten Zelle zugeordnet sein.
Bei einer Anordnung mit mehreren heißen Fingern folgen heiße Finger aufeinander. Bei einer Anordnung mit mehreren kalten Fingern folgen kalte Finger aufeinander. Zwei kalte bzw. heiße Finger können zusammen einen kalten bzw. heißen Splitfin- ger bilden.
Eine Zelle des ersten Zelltyps umfasst vorzugsweise mindestens vier anregende Fingerpaare. Möglich ist aber auch, dass ein Anregungszentrum an der Grenze der Zelle des ersten Zelltyps zu einer Nachbarzelle angeordnet ist oder der Nachbarzelle angehört. In diesem Fall gehört ein erster Finger des anregenden Fingerpaares der Zelle des ersten Zelltyps und ein zweiter Finger dieses Fingerpaares der Nachbarzelle. Die Nachbarzelle kann z. B. eine Zelle des ersten oder zweiten Zelltyps sein.
In einer vorteilhaften Variante sind im Wandler erste und zweite Fingergruppen vorgesehen. Die ersten Fingergruppen umfassen jeweils mindestens einen kalten Finger und die zweiten Fingergruppen mindestens einen heißen Finger, oder umgekehrt. Die Fingergruppen können aber auch jeweils mehrere an die gleiche Sammelelektrode angeschlossene, aufeinander folgende Finger umfassen. Die Finger einer ersten Fingergruppe sind an eine erste Sammelelektrode und die Finger einer zweiten Fingergruppe an eine zweite Sammelelektrode des Wandlers angeschlossen. Die Ausführung mit mehreren aufeinander folgenden Fingern kann für die Einstellung einer gewünschten Reflexionsstärke von Vorteil sein.
In einer Variante weist eine Zelle des ersten Zelltyps mindestens zwei erste Fingergruppen und mindestens eine zwischen zwei ersten Fingergruppen dieser Zelle angeordnete zweite Fingergruppe auf. Jede erste Fingergruppe kann zwischen zwei zweiten Fingergruppen derselben Zelle angeordnet sein. Eine erste Fingergruppe dieser Zelle kann alternativ zwischen einer zweiten Fingergruppe derselben Zelle und einer zweiten Fingergruppe einer Nachbarszelle angeordnet sein.
In einer Variante ist die Zelle des ersten Zelltyps durch eine Abfolge von fünf im Wesentlichen gleich breiten und äqui- distant angeordneten Finger gebildet, die abwechselnd an die unterschiedlich gepolten Sammelschienen angeschlossen sind. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Fingern der Zelle des ersten Zelltyps ist vorzugsweise gleich der Fingerbreite.
Die Phase der Gesamtanregung in der Zelle des ersten Zelltyps kann im Wesentlichen gleich derjenigen in einer Splitfinger- Zelle, was vorzugsweise für alle Zellen des ersten Zelltyps oder auch für alle Wandlerzellen der Fall ist, wobei dann in allen Zellen die gleiche Phasenlage der anzuregenden Welle erreicht wird. Dagegen liegt der Betrag der Gesamtanregung in der Zelle des ersten Zelltyps bei maximal 30% der Anregungsstärke der Splitfinger-Zelle .
Unter einer Splitfinger-Zelle versteht man in Sinne dieser Schrift eine ideale Zelle der Länge λ, bei der jeder Finger zwischen einem Finger mit gleichem Potential und einem Finger mit entgegen gesetztem Potential angeordnet ist. In der Splitfinger-Zelle ist eine akustische Welle anregbar, deren Knoten in der Mitte zwischen den benachbarten, auf gleichem Potential liegenden Fingern liegen. Die Splitfinger-Zelle ist z. B. eine Zelle der Länge λ, in der vier gleich breite Finger der Breite λ/8 vorgesehen sind. Die Finger einer solchen Zelle sind äquidistant angeordnet. Der SPUDT- Wandler kann mindestens eine Splitfinger-Zelle aufweisen.
Die Zelle des ersten Zelltyps kann eine Zelle sein, die die akustische Welle anregt und reflektiert, wobei der Phasenunterschied zwischen einem Anregungszentrum und einem Reflexionszentrum wie bei den Zellen des zweiten Zelltyps - d. h. im Wesentlichen 45° oder -45° - ist. Der Phasenunterschied zwischen einem Reflexionszentrum und einem Anregungszentrum in der Zelle des ersten Zelltyps beträgt in einer vorteilhaften Variante 45° oder -45°.
Die Lage der Reflexionszentren kann durch die Einstellung von Fingerbreiten und -abständen in der Zelle des ersten Zelltyps derart gewählt sein, dass die Summe der Reflexionsbeiträge in dieser Zelle im Wesentlichen gleich Null ist. Die Zelle des ersten Zelltyps kann also eine Zelle sein, die die akustische Welle anregt, aber diese nicht reflektiert. Letzteres kommt dadurch zustande, dass sich die an verschiedenen Fingern der Zelle des ersten Zelltyps reflektierten Wellen innerhalb dieser Zelle auslöschen.
In einem SPUDT-Wandler können mehrere Zellen des ersten Zelltyps mit verschiedenen oben erläuterten Eigenschaften bzw. mit unterschiedlichen Anregungsstärken vorgesehen sein. Der angegebene Wandler wird nun anhand von schematischen und nicht maßstabsgetreuen Figuren erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Zelle des ersten Zelltyps mit fünf Elektrodenfingern, die eine sehr geringe Anregungsstärke aufweist;
Figuren 2, 3 jeweils eine weitere Zelle des ersten Zelltyps, die 20% der Anregungsstärke einer Splitfingerzelle aufweist, wobei eine gerichtete Abstrahlung der Welle erzielt wird;
Figuren 4, 5, 6 jeweils eine weitere Zelle des ersten Zelltyps, die 20% der Anregungsstärke aufweist, wobei sich die Reflexionsbeiträge auslöschen;
Figur 7 die kontinuierliche Anregungs- und die Reflexionsfunktion eines SPUDT-Wandlers;
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt eines SPUDT-Wandlers im Bereich der Zelle Z2 des ersten Zelltyps mit einer Abfolge von fünf gleich breiten Fingern, die abwechselnd an die erste E- lektrode 100 und die zweite Elektrode 200 angeschlossen sind. Die Finger 101, 102 sind an die erste Elektrode 100 und die Finger 201-205 an die zweite Elektrode 200 angeschlossen.
Beispielsweise ist die Elektrode 100 „heiß" und die Elektrode 200 „kalt". In einer weiteren Variante kann die heiße und die kalte Elektrode miteinander vertauscht werden.
Es ist möglich, einen relativ breiten heißen Finger, z. B. den Finger 101 oder 102 in Figur 1, durch einen Splitfinger, d. h. durch zwei dünnere Teilfinger zu ersetzen, die dann eine Anordnung der aufeinander folgenden heißen Finger bilden. - S -
Zwischen zwei benachbarten, gegensätzlich gepolten Fingern ist ein AnregungsZentrum angeordnet. Ein Anregungszentrum, wo die akustische Welle lokal angeregt wird, ist mit einem Pfeil gekennzeichnet, wobei die Pfeilrichtung das Vorzeichen der lokalen Anregung anzeigt.
Zwischen zwei benachbarten, an die gleiche Elektrode angeschlossenen Fingern, z. B. den Fingern 201 und 202 bzw. 204 und 205 in Fig. 1, findet dagegen keine Anregung statt.
Der Abstand zwischen zwei Fingern 202 und 101, 101 und 203, 203 und 102, 102 und 204 kann im Wesentlichen gleich der Fingerbreite sein. Dabei werden zwei gleich große Anregungen nahezu gegenphasig in die akustische Welle eingekoppelt, so dass die Summe der Anregungsbeiträge in der Zelle Z2 eine Anregungsstärke von nahezu Null ergibt. Die Fingerbreiten können in einer Variante verändert werden, wobei eine beliebig geringe Anregungsstärke der Zelle Z2 einstellbar ist.
Figuren 2 bis 6 zeigen verschiedene Zellen des ersten Zelltyps, die betragsmäßig jeweils 20% der Anregungsstärke einer Splitfinger-Zelle und die gleiche Phase der Anregung wie die Splitfinger-Zelle aufweisen. Die Fingerbreiten und -abstände in den Zellen wurden für LiNbO3 127,86° YX als piezoelektrisches Substrat optimiert.
Die Fingerbreiten und -abstände in der Zelle des ersten Zelltyps sind in den Beispielen gemäß den Figuren 2 und 3 so gewählt, dass ein Reflexionszentrum gegenüber einem Anregungszentrum um +45° bzw. -45° verschoben ist, wobei sich eine maximale Abstrahlung der akustischen Welle mit der Wellenlänge λ nach rechts bzw. links ergibt. In den Varianten gemäß den Figuren 2, 3 sind pro Zelle Z2 vier Finger mit voneinander unterschiedlichen Breiten vorgesehen, wobei die Abstände zwischen den benachbarten Fingern 101 und 202, 202 und 102, 102 und 203 unterschiedlich sind.
In den Varianten gemäß den Figuren 4, 5 sind pro Zelle Z2 fünf und in der Variante gemäß Figur 6 sechs Finger mit voneinander unterschiedlichen Breiten vorgesehen. Die Finger 203a und 203b in Figur 6 bilden eine Anordnung aufeinander folgender Finger, die dem breiten Finger 203 in Figur 5 entspricht .
Die Fingerbreiten und -abstände in der Zelle des ersten Zelltyps sind in den Beispielen gemäß den Figuren 4, 5 und 6 so gewählt, dass die Summe aller Reflexionsbeiträge in dieser Zelle gleich Null ist.
In den Varianten gemäß Figuren 1 bis 6 sind pro Zelle Z2 vier lokale Anregungen, d. h. Anregungszentren vorgesehen. Es können aber im Prinzip auch mehr Anregungszentren pro Zelle vorhanden sein.
Figur 7 zeigt eine kontinuierliche Anregungsfunktion (oben) und eine kontinuierliche Reflexionsfunktion (unten) eines SPUDT-Wandlers . Zur Umsetzung in eine Geometrie müssen diese Funktionen durch die Wichtung der Anregungsstärke einzelner Zellen möglichst genau abgetastet werden. Für kleine Nebenkeulen der Anregung sind hierfür die Zellen Z2 des ersten Zelltyps hilfreich.
Durch die Verwendung von Zellen Z2 des ersten Zelltyps neben den Zellen des zweiten Typs (in den Figuren nicht gezeigten SPUDT-Zellen) gelingt es, die Nebenextrema der Anregungsfunk- tion wesentlich genauer abzutasten als nur mit Zellen des zweiten Typs .
Die SPUDT-Zellen können beliebige Zellen mit der Abstrahlung der akustischen Welle in eine Vorzugsrichtung sein. In einem Wandler können verschiedene SPUDT-Zellen unterschiedlich voneinander sein.
Bezugszeichenliste
100 erste Elektrode
101-103 an die erste Elektrode angeschlossene Finger
200 zweite Elektrode
201-206 an die zweite Elektrode angeschlossene Finger
Z2 Zelle des ersten Zelltyps

Claims

Patentansprüche
1. Mit Oberflächenwellen arbeitender Wandler
- mit Wandlerzellen, die jeweils Elektrodenfinger aufweisen, wobei zwischen zwei benachbarten, unterschiedlich gepolten Fingern ein Anregungszentrum definiert ist,
- wobei die Wandlerzellen mindestens eine Zelle (Z2) eines ersten Zelltyps umfassen, deren Länge eine Wellenlänge bei der Mittenfrequenz des Wandlers beträgt,
- wobei die mindestens eine Zelle des ersten Zelltyps mindestens vier Anregungszentren aufweist.
2. Wandler nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Zelle des ersten Zelltyps eine SPUDT-Zelle ist.
3. Wandler nach Anspruch 2,
- wobei die Wandlerzellen Zellen eines zweiten Typs umfassen, die SPUDT-Zellen sind und eine relative Anregungsstärke von 100% aufweisen,
- wobei in der mindestens einen Zelle des ersten Zelltyps die Anregungszentren derart verteilt sind, dass die relative Anregungsstärke dieser Zelle maximal 30% beträgt.
4. Wandler nach Anspruch 3, wobei in der Zelle des ersten Zelltyps die relative Anregungsstärke von maximal 30% durch die Auswahl der Anzahl und der Lage der Anregungszentren eingestellt ist, wobei sich ge- genphasige Anregungen pro Zelle bis auf einen Restbetrag, dessen Stärke maximal 30% der Anregungsstärke der Zellen des zweiten Typs beträgt, aufheben.
5. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in der Zelle des ersten Zelltyps die Fingeranzahl, die Fingerbreite und der Abstand zwischen den Fingern so gewählt sind, dass sich pro Zelle gegenphasige Anregungen bis auf einen Restbetrag, dessen Stärke maximal 30% der Anregungsstärke der Zellen des zweiten Typs beträgt, aufheben.
6. Wandler nach Anspruch 1,
- wobei in der Zelle des ersten Zelltyps mindestens zwei Anordnungen von kalten Fingern mit mindestens einem kalten Finger pro Anordnung sowie mindestens zwei Anordnungen von heißen Fingern mit mindestens einem heißen Finger pro Anordnung vorgesehen sind,
- wobei jede Anordnung von heißen Fingern zwischen zwei Anordnungen von kalten Fingern angeordnet ist,
- wobei bei einer Anordnung mit mehreren heißen Fingern diese Finger aufeinander folgen, und
- wobei bei einer Anordnung mit mehreren kalten Fingern diese Finger aufeinander folgen.
7. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Phase der Gesamtanregung in der Zelle des ersten Zelltyps im Wesentlichen gleich derjenigen in einer Splitfin- ger-Zelle ist.
8. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
- wobei die mindestens eine Zelle des ersten Zelltyps mindestens ein Reflexionszentrum aufweist,
- wobei der Phasenunterschied zwischen einem Reflexionszentrum und einem benachbarten Anregungszentrum im Wesentlichen 45° oder -45° beträgt.
9. Wandler nach Anspruch 8, wobei der Phasenunterschied zwischen dem Reflexionszentrum und dem Anregungszentrum von 45° oder -45° um maximal 10% abweicht .
10. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei in der mindestens einen Zelle des ersten Zelltyps Fingerabstände und -breiten so gewählt sind, dass die Phase der Gesamtanregung dieser Zelle derjenigen einer Splitfinger- Zelle entspricht, während die Anregungsstärke maximal 30% derjenigen der Splitfinger-Zelle ist.
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